Никелирование в домашних условиях




Скачать 125.83 Kb.
НазваниеНикелирование в домашних условиях
Дата конвертации22.04.2013
Размер125.83 Kb.
ТипДокументы





Никелирование в домашних условиях






Выполнена учеником 9 «б» класса муниципального образовательного учреждения «Средняя общеобразовательная школа № 4 г. Онеги»

Рудометовым Сергеем Сергеевичем


Научный руководитель – учитель муниципального образовательного учреждения «Средняя общеобразовательная школа №4 г. Онеги»

Некрасова Светлана Марьяновна



г. Онега, 2011

Оглавление.


1. Введение. Стр. 3

2. Основная часть. Стр. 4

2.1 Методы химического осаждения металлических покрытий. Стр. 4

2.2 Метод химического восстановления металлов. Стр. 4-5

2.3 Никелирование. Стр. 5-6

3. Практическая часть работы. Стр. 6-

3.1 Подготовка детали для никелирования. Стр. 6

3.2 Опыт№1. Электрохимическое никелирование. Стр. 6-8

3.3 Опыт №2. Влияние условий на химическое никелирование. Стр. 8-9

4. Заключение. Стр. 8

4.1 Выводы. Стр. 9

4.2 Рекомендации. Стр. 9

4. Библиографический список. Стр. 10

5. Приложения. Стр. 11

5.1 Электрическая схема для проведения электролиза. Стр. 11

5.2 Внешний вид полученных никелированных поверхностей. Стр. 12


Главной особенностью химических покрытий является высокая равномерность их осаждения по всей поверхности. Благодаря низкой пористости такие покрытия обладают высокой защитной способностью, что важно при их эксплуатации. Никелевое покрытие эффективно применяют для защиты от коррозии энергетического оборудования, работающего при высоких температурах в газовой среде, для покрытия магниевых и титановых деталей вертолетных роторов, а также алюминиевых зеркал, используемых на спутниках в условиях космоса. Качественное никелевое покрытие применяется для защиты от коррозии хирургических инструментов и деталей часов. Очевидно, что проблема защиты от коррозии является актуальной, поэтому в ходе исследовательской работы будут проанализированы методы никелирования, предложены свои методики нанесения никелевого покрытия, проанализирована устойчивость и пористость полученных покрытий.

Цель работы: никелирование изделий путем химического восстановления, изучение зависимости качества покрытия от состава электролита и природы катода.

Задачи работы:

  • анализ существующих методик проведения процесса никелирования;

  • проведение химического эксперимента по проблеме исследования;

  • анализ зависимости качества покрытия от состава электролита и природы катода;

  • обсуждение результатов проведенного эксперимента

Методы работы:

  • работа с литературными источниками;

  • исследовательский;

  • аналитический

Объект исследования: никелирование

Предмет исследования: зависимость качества покрытия от состава электролита и природы катода

Гипотеза работы: качество покрытия зависит от состава электролита, природы металлического катода.

2. Основная часть.

2.1 Методы химического осаждения металлических покрытий.

Впервые металлическое покрытие методом химического восстановления было получено Ю. Либихом в 1836 году. Он провел химическое серебрение стекла и затем разработал технологию процесса серебрения, которая получила промышленное применение. Покрытия такого типа известны в литературе как химические покрытия. [1] В последние десятилетия химический способ нанесения покрытий находит применение для металлизации диэлектриков, придавая поверхности электропроводящие свойства. [2] Как же получают металлические покрытия химическим методом? Существуют несколько способов химического осаждения металлических покрытий из водных растворов: 1) контактный; 2) контактно-химический; 3) метод химического восстановления. Контактный способ основан на вытеснении ионов металла из раствора более активным металлом. [2] Примером может быть хорошо известная из школьного курса реакция меднения железного гвоздя, помещенного в раствор сульфата меди. Контактно-химический способ осаждения металлов заключается в создании гальванической пары между металлом основы и более активным металлом. Метод химического восстановления (химическая металлизация) заключается в том, что металлические покрытия получают в результате восстановления ионов металла из водных растворов, содержащих восстановитель. [2] Рассмотрим более подробно получение металлических покрытий методом химического восстановления.

2.2 Метод химического восстановления металлов.

В основе метода лежит реакция взаимодействия ионов металла с растворенным восстановителем на поверхности металла. Окисление восстановителя и восстановление ионов металла протекают с заметной скоростью только на металлах, проявляющих автокаталитические свойства. Это означает, что металл, образовавшийся в результате химического восстановления из раствора, катализирует в дальнейшем реакцию окисления восстановителя. Таким свойством обладают: Ni, Co, Fe, Cu, Ag, Au, Pb, Pt, Sn и др. Для химического осаждения металлов используют различные восстановители: гипофосфит, гидразин, формальдегид, а также ионы металлов в низшей степени окисления (Fe2+, Sn2+, Ti3+, Cr2+, Co2+). Выбор восстановителя определяется главным образом природой осаждаемого металла. Гипофосфит в качестве восстановителя используют для получения никелевых и кобальтовых покрытий, так как именно эти металлы обладают в достаточной степени автокаталитическими свойствами. В настоящее время разработаны способы получения покрытий химическим восстановлением более 20 различных металлов. [3] Этим же методом получают покрытия бинарными и тройными сплавами: Ni-P, Ni-B, Ni-Co-P, Ni-Mo-B, Ni-Cr-P, Ni -Sn-P, Ni-Cu-B и др. Перед нанесением химического покрытия поверхность образца должна быть подготовлена соответствующим образом. Характер предварительной обработки поверхности зависит от природы материала, на который осаждается химическое покрытие. Для начальной стадии восстановления металла необходимо, чтобы покрываемая поверхность проявляла каталитические свойства по отношению к этой реакции. Такими свойствами обладают главным образом металлы d-элементов VIII группы и некоторые другие металлы. Металлы медь, вольфрам, титан, а также неметаллические материалы не являются катализаторами реакции окисления восстановителя. Поэтому для придания каталитических свойств поверхности ее подвергают специальной обработке - активации. Существуют различные способы активации, сущность которых заключается в нанесении металла-катализатора на покрываемую поверхность. [4] Сенсибилизирование (повышение чувствительности) заключается в обработке поверхности раствором солей Sn2+, Fe2+. Растворы для получения химических покрытий в простейшем случае содержат соль металла и восстановитель. Однако такие растворы неустойчивы, и ионы металла восстанавливаются с образованием металлического осадка во всем объеме раствора. В начальный момент времени реакция взаимодействия ионов металла с восстановителем является некаталитической, но по мере образования частиц металла реакция принимает каталитический характер, и скорость ее возрастает с увеличением поверхности осадка. Для стабилизации раствора в него вводят: 1) комплексообразующие вещества (лиганды), которые обеспечивают образование прочных комплексов с ионами металла. С увеличением прочности комплекса скорость реакции взаимодействия ионов металла с восстановителем уменьшается; 2) вещества, создающие определенное значение pH (щелочи или кислоты, буферирующие добавки); 3) стабилизаторы - специальные вещества, которые в малых концентрациях (1-100 мг/л) значительно повышают стабильность раствора. [5] Химическое покрытие одних металлов другими подкупает простотой технологического процесса

2.3 Никелирование.

В основу процесса химического никелирования положена реакция восстановления никеля из водных растворов его солей с помощью гипофосфита натрия и не­которых других химреактивов. В домашних условиях с помощью химического никелирования можно отремонтировать детали различных бытовых устройств. Растворы, применяемые для химического никелирования, подразделяются на кислые (рН – 4-6.5) и щелочные (рН - выше 6,5). Кислые растворы предпочтительнее применять для покрытия черных металлов, меди и латуни. Щелочные - для нержавеющих сталей. Кислые растворы на полированной детали дают более гладкую поверхность, у них меньшая пористость, скорость протекания процесса выше. У щелочных растворов основное преимущество - более надежное сцепление никелевой пленки с основным металлом. Воду для никелирования берут дистиллированную. Перед покрытием деталей любой металлической пленкой необходимо провести специальную подготовку их поверхности.

3. Практическая часть работы.

3.1 Подготовка детали для никелирования.

1. Обработанную деталь обезжиривают в одном из водных растворов, а затем деталь декапируют в одном растворов.

Таблица 1. Состав раствора для декапирования стальных деталей (г/л)

Реактив

Время обработки, с

Температура, °С

Концентрация, г/л

H2SO4

20-60

20

30-50

HCl

15-40

20

20-30

Таблица 2. Состав раствора для декапирования медных деталей (г/л)

Реактив

Время обработки, с

Температура, °С

Концентрация, %

H2SO4

20

20

5

2. Готовят рабочий раствор для никелирования. В 1 л раствора можно отникелировать поверхность площадью до 2 дм.

Состав раствора для никелирования (г/л)

  1. NiSO4*7H2O – 25, Na2С4Н4О4 * 6 Н2О – 15, NaPH2O2 • H2O – 30

Температура раствора - 90°С, рН - 4,5.

  1. NiCl2 *6H2O – 25, Na2С4Н4О4 * 6 Н2О – 15, NaPH2O2 • H2O – 30

Температура раствора- 90°С, рН - 5,5.

3. Процесс никелирования.

4. Протирание полученного покрытия кашицей из MgO и CaO.

5. Химическое травление (5 % раствор HCl), промывка в воде, сушка.

3.2 Опыт№1. Электрохимическое никелирование.

Методика проведения эксперимента.

1. Сборка электрической схемы для проведения электролиза. (Приложение 1). ИТ - сухая батарейка для карманного фонаря, ток в цепи 5 —10 мА (0,005—0,01 А), ключ, лампочка. В случае применения сухой батарейки (4,5 В) ток в цепи ограничивается включением добавочного сопротивления или электрической лампочкой. В качестве ванны для никелирования может быть использован любой подходящий по размерам стеклянный сосуд (чайный стакан). Анод ванны — металлическая пластинка толщиной 0,5—1 мм и площадью немного большей, чем площадь детали. Материал анода - медь. Схема собирается медным проводом диаметром 1—1,5 мм. В качестве рабочего раствора (электролита) для никелирования применяются растворы соли никеля (сульфата и хлорида). Перед опусканием в ванну для никелирования отшлифованную и отполированную деталь нужно обезжирить (50 % раствор NaOH, протирание порошком CaO и MgO). После обезжиривания деталь промывается водой. Признаком полного обезжиривания является равномерное смачивание водой всей поверхности детали. При промывке детали ее нельзя захватывать пальцами, а следует применять пинцет. Сразу после промывки, не осушая, деталь подвешивается на проволоку и погружается в ванну. При катоде из стали— 30 минут, при медном катоде- 35-40 минут. Вынутая из ванны после никелирования деталь тщательно промывается водой, обсушивается в древесных опилках и протирается тряпкой до блеска. Покрытие никелем происходит преимущественно с одной стороны, обращенной к аноду. Для равномерного покрытия деталь необходимо через каждые 2—3 минуты поворачивать. Батарейки карманного фонаря должно хватить на 10—15 часов работы.

Химизм процесса. Никель располагается в ряде стандартных электродных потенциалов после магния, но до водорода, следовательно, при стальном катоде на нем будет идти восстановление катионов никеля. На аноде идет окисление молекул воды с выделением кислорода, т.к. соль образована кислородосодержащей кислотой. NiSO4 =Ni2++ SO42-

(-) Катод ¬ Ni2+ SO4 2-® Анод (+)

Ni2+ +2 ē = Ni0 2H2O - 4ē ® O2 + 4H+

В прианодном пространстве накапливаются ионы SO4 2- и Н+, образуя кислоту H2SO4

Суммарное уравнение:

Ni2+ + 2ē = Ni0 2

2H2O - 4ē = O2 + 4H+ 1


2 Ni2++ 2H2O = 2Ni0 + O2 + 4H+ или 2NiSO4 + 2Н2О = 2Ni + О2 + 2H2SO4

Вывод. В результате проведенного эксперимента удалось провести никелирование различных деталей. (Приложение 2).


Опыт №2. Влияние условий на химическое никелирование.

Методика проведения эксперимента. Процесс при обычной температуре не протекает, оптимальная температура 90°С. Наиболее эффективной для получения качественных покрытий будет среда раствора с pH=4,7-5,5. Концентрация раствора соли никеля должна быть незначительной, иначе возможно самопроизвольное разложение электролита. Аналогично электрохимическому методу первоначально проводится обезжиривание детали, затем она опускается в раствор электролита.

Химизм реакции. Восстановление никеля происходит посредством атомарного водорода, выделяющегося в результате взаимодействия гипофосфита натрия с водой.

Н2О= H++ОН- Н2PO2 адс- +ОН- = Н2PO3-+H++ ē

Освобожденный от аниона гипофосфита электрон через металлическую поверхность передается иону водорода и превращает его в атомарный: H++ ē = H0

Два атома водорода, один из которых образовался из аниона гипофосфита, другой из воды образуют молекулярный водород: H0+ H0= Н2

Суммарная реакция гипофосфита натрия с водой соответствует уравнению: Н2PO2 - + Н2О= Н2PO3- + Н2. Происходит восстановление ионов никеля до металла: Ni2+ + 2ē = Ni0

Суммарная реакция восстановления ионов никеля гипофосфитом натрия представлена уравнением: Ni2+ + 2Н2PO2 - + Н2О= 2Н2PO3-+ Ni0+ Н2 Одновременно может идти восстановление анионов гипофосфита до элементарного фосфора и восстановление ионов водорода. Эта реакция может быть представлена в следующем виде:

Н2PO2 - + ē =P+2ОН- Суммарная реакция имеет вид: 2Н2PO2 - 2PO3-+ P+ОН- + Н0 Кислая среда будет благоприятствовать проведению этого процесса, так как пойдет нейтрализация ионов ОН-

а). Определение влияния природы покрываемого металла на процесс химического осаждения никеля и качество покрытий.

Проведены опыты с использованием стальной и медной деталей в качестве катода.

Выводы: более качественное покрытие получилось в случае использования стального предмета, оно менее пористое, процесс прошел быстрее.

б). Определение влияния температуры раствора на процесс никелирования.

Были проведены опыты при температуре 60°С и 90°С, использовались медные детали.

Выводы: быстрее процесс никелирования шел при более высокой температуре, однако видимых различий в качестве покрытий при этом не наблюдалось.

в). Определение влияния рН раствора на скорость и качество процесса.

Были проведены опыты при рН=3 и рН=7, температура раствора 90 °С, материал деталей одинаков.

Выводы: опыты в кислой среде протекали стабильно, покрытие получилось ровное. Опыт в нейтральной среде шел медленно, качественного покрытия не образовалось.

4. Заключение.

4.1 Выводы.

1. Гипотеза, поставленная в работе, подтвердилась полностью.

2. В ходе исследования удалось провести процесс химического никелирования, используя различные методики. Удалось проанализировать происходящие процессы, провести эксперимент для покрытий из разных материалов.

3. В ходе проведения эксперимента удалось доказать зависимость получаемого покрытия от температуры раствора, от среды раствора, от природы покрываемого материала.

4.2 Рекомендации.

1. Хорошее сцепление с покрываемым металлом и блестящая поверхность можно получить струйным никелированием. Покрываемая деталь, являющаяся катодом, омывается струей никелевого электролита из сопла, изготовленного из нержавеющей стали и подключенного к постоянному источнику тока.

2. Перспективным является никелирование с применением пульсирующего тока. Пульсирующий режим осаждения снижает пористость и внутренние напряжения никеля, не ухудшая прочности сцепления.

3. Для получения беспористого покрытия в промышленности широко используется способ никелирования с наложением ультразвуковых колебаний.


5. Библиографический список.

1. Афанасьева Е. И., Скобелев В. М. Источники света и пускорегулирующая аппаратура. М.: Энергоатомиздат, 1986. – 270 с.

2. Воробьев А. Ф. Практикум по неорганической химии. М.: Научная книга, 1985. – 88 с.

3. Гальванические покрытия в машиностроении: Справочник/под ред. Шлугера М. А., т. 1 – М.: Машиностроение, 1985. – 240 с.

4. Дасоян М. А. Технология электрохимических покрытий. М.: Машиностроение, 1989. – 391 с.

5. Ерлыкин Л. А. Лаборатория рыболова. М.: Физкультура и спорт, 1987. – 129 с.

6. Одноралов Н. В. Занимательная гальванотехника. М.: Просвещение, 1979. – 185 с.

7. Ямпольский А. М. Никелирование. М.: Машиностроение, 1971. – 136 с.


5. Приложения.

5.1 Электрическая схема для проведения электролиза.







5.2 Внешний вид взятых и полученных никелированных поверхностей.








Добавить в свой блог или на сайт

Похожие:

Никелирование в домашних условиях icon«Разведение перепелов в домашних условиях»
Показать, что в домашних условиях можно разводить одну из самых замечательных птиц отряда куриных – перепёлок и проверить влияние...

Никелирование в домашних условиях iconОценка работы студентов в рейтинговых баллах
Определить основные виды опасности в условиях образовательного учреждения, ваших домашних и производственных условиях. Составить...

Никелирование в домашних условиях iconА. Д. Поярков Происхождение домашних собак Из сборника «О собаке»
При каких условиях осуществлялось одомашнивание собаки и к чему стремился при этом человек? Каким изменениям подвергался одомашниваемый...

Никелирование в домашних условиях iconМетодическое пособие по выполнению практических работ и домашних заданий
Методическое пособие содержит описание и образцы выполнения домашних заданий по основным темам курса. Пособие предназначено для самостоятельной...

Никелирование в домашних условиях iconМоего проекта: «Выращивание кристаллов в домашних условиях»
Почти любое вещество может при известных условиях дать кристаллы. Основное появление кристаллов основано на кристаллизации насыщенных...

Никелирование в домашних условиях icon" Чистка почек в домашних условиях"
Понемногу о каждой из трав предлагаемого Г. П. Малаховым "мочегонного сбора" с комментариями

Никелирование в домашних условиях iconХимическое никелирование
О. Г. Верховцева, К. П. Лютова «Практические советы мастеру-любителю по электротехнике и электронике»

Никелирование в домашних условиях iconТехнологическая карта снаряжения охотничьих патронов к дробовому оружию в домашних условиях
Основные требования, предъявляемые к данной операции (на что следует обратить особое внимание)

Никелирование в домашних условиях iconНикелирование изделий путем химического восстановления, изучение зависимости качества покрытия от состава электролита, темепратурного режима, реакции среды, природы катода. Задачи работы
Цель работы: никелирование изделий путем химического восстановления, изучение зависимости качества покрытия от состава электролита,...

Никелирование в домашних условиях iconРеферат по предмету: «Окружающий мир» на тему: «Выращивание гладиолуса в домашних условиях»
В биологии известно, что гладиолусы не зимуют в открытом грунте, их выращивают в летний период на цветочной грядке


Разместите кнопку на своём сайте:
lib.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©lib.convdocs.org 2012
обратиться к администрации
lib.convdocs.org
Главная страница